阅读说明：本技术 辅助铲刀回转液压系统及其控制方法 (Auxiliary scraper knife rotation hydraulic system and control method thereof ) 是由 苗国华 迟峰 王永 刘淑强 崔元福 马承钊 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种辅助铲刀回转液压系统及其控制方法,其属于工程机械技术领域。它解决了现有技术中传统平地机存在的效率低、油耗高且对操作者要求较高的缺陷。其主体结构包括动力源、优先阀、多路阀、回转机构、转向系统和控制系统,所述动力源通过优先阀分别与多路阀和转向系统连接,多路阀与回转机构连接,所述回转机构与优先阀之间设有辅助阀,所述辅助阀的负载反馈压力口LS2通过梭阀分别与优先阀的负载口LS1和转向系统连接。本发明主要用于平地机上。(The invention discloses an auxiliary shovel blade rotation hydraulic system and a control method thereof, and belongs to the technical field of engineering machinery. The defects that a traditional land leveler in the prior art is low in efficiency, high in oil consumption and high in requirement on operators are overcome. The main structure of the steering system comprises a power source, a priority valve, a multi-way valve, a swing mechanism, a steering system and a control system, wherein the power source is connected with the multi-way valve and the steering system through the priority valve respectively, the multi-way valve is connected with the swing mechanism, an auxiliary valve is arranged between the swing mechanism and the priority valve, and a load feedback pressure port LS2 of the auxiliary valve is connected with a load port LS1 of the priority valve and the steering system through a shuttle valve respectively. The invention is mainly used for the land leveller.)

辅助铲刀回转液压系统及其控制方法

技术领域：

本发明属于工程机械技术领域，具体地说，尤其涉及一种辅助铲刀回转液压系统及其控制方法。

背景技术：

平地机是典型的一种以铲刀为主、多种附具可选的牵引式作业机械，主要用于大面积平整场地、修路、物料撒落清理、刮坡、刮沟、修边渠、边沟、除雪、农田整理、矿区道路平整和露天矿土层剥离等工作。在平整作业工况时，平整度是关键指标，在工作初始状态，调整好铲刀位置、铲刀角度，因平地机作业工况的复杂性、铲刀前方平整作业阻力的不确定性因素较多，当铲刀前方物料阻力变大时，当前工作档位牵引力不能满足需求，需要手动换挡，同时双手控制左右铲刀升降手柄从而通过多路阀控制铲刀油缸伸缩实现平整度调整，有时还需要操控铲刀回转手柄控制铲刀回转，减小等效作业宽度降低作业阻力；因此在作业过程中为保证平整度要求有时需要同时双手复合控制左、右控制手柄、铲刀回转控制手柄、变速箱档位变化等，对操作者的技能要求高，操作者需要同时关注因素多，经验水平直接影响平整度。

平整作业过程中需要操作者时刻关注调整左、右铲刀升降油缸，从而保证平整度，但有时铲刀负载较大，仅根据平整度要求调整左右铲刀升降油缸并不能改变铲刀负载，有时还会增大铲刀负载，此时需要复合优先控制铲刀回转，减小铲刀等效作业宽度，降低负载，若当前档位不满足需求时还需要手动换挡或同时调整铲刀倾角角度，这样对操作者技能水平要求较高，其技能水平直接影响平整度和作业效率。

为提高作业平整度和作业效率，减少对操作者技能水平的依赖，当前通过增加2D或3D 找平系统，虽然此系统对提高作业精度、效率和降低操作者技能水平依赖有很大改善，但成本太高，适合机场、大型基础设施等平整施工，对普通平整等工况经济效益性差。

同时当前平地机多为液力传动，液力变矩器存在一定的高效区，为保证作业效率和降低油耗，铲刀负载变化要求操作者手动换挡时最好在相邻档位的高效区换挡，这样对操作者要求较高；实际作业过程中操作者多数在当前档位不能满足牵引特性需求时才换挡，导致液力变矩器工作在低效区，效率低、油耗高。

发明内容

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本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种辅助铲刀回转液压系统及其控制方法，其平整作业施工过程中操作者只需根据平整度要求关注操控左、右铲刀和升降油缸，减少操作者的关注对象，减少复合操控要求，降低操作者技能水平要求。

为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

一种辅助铲刀回转液压系统，包括动力源、优先阀、多路阀、回转机构、转向系统和控制系统，所述动力源通过优先阀分别与多路阀和转向系统连接，多路阀与回转机构连接，所述回转机构与优先阀之间设有辅助阀，所述辅助阀的负载反馈压力口LS2通过梭阀分别与优先阀的负载口LS1和转向系统连接。

进一步地，所述辅助阀与优先阀的CF口之间设有单向阀。

进一步地，所述控制系统包括泵轮转速传感器、变速箱档位信息、涡轮转速传感器、角度传感器、控制器、辅助阀上的电磁阀A、变速箱档位电磁阀和辅助阀上的电磁阀B，所述控制器分别与泵轮转速传感器、变速箱档位信息、涡轮转速传感器、角度传感器、电磁阀A、变速箱档位电磁阀和电磁阀B连接。

进一步地，所述回转机构为回转油缸；所述转向系统包括转向油缸和转向器，所述转向器分别与转向油缸、优先阀的CF口和梭阀连接。

一种控制方法，包括上述的辅助铲刀回转液压系统，具体步骤包括：

一)、作业初始状态，操作者调整好铲刀的状态，控制系统读取当前变速箱的档位信息S、变速箱档位速比i_g1和变速箱相邻档位速比i_g2；

二)、根据存贮的液力变矩器特性曲线计算出液力变矩器在高效区工作时某档位的换挡点液力变矩器速比i_c1、相邻档位换挡点液力变矩器速比i_c2；

三)、读取涡轮转速n_t和液力变矩器泵轮转速n_p，计算出涡轮转速n_t与液力变矩器泵轮转速n_p的比值i_s；

四)、判断i_s与i_c1、i_c2的大小关系。

进一步地，当i_s≥i_c1时，即表示铲刀前方物料负载阻力减小，使液力变矩器工作在低效区，辅助阀上的电磁阀A得电，液压油通过单向阀、辅助阀到回转油缸，实现铲刀的回转，使铲刀的回转角度β减小，铲刀等效作业宽度变大，作业阻力增大；当β≥γ2时，变速箱档位不变，辅助阀上的电磁阀A继续得电，铲刀的回转角度β进一步减小，当β≤γ1时，铲刀等效作业宽度已增大到最大等效宽度，表示当前铲刀前方负载阻力仍较小，控制器控制变速箱档位电磁阀实现升档，其中，γ2和γ1为铲刀根据工况及物料特性设置的角度参数值。

进一步地，当i_s≤i_c2时，即表示铲刀前方物料负载阻力增大，使液力变矩器工作在低效区，辅助阀上的电磁阀B得电，使液压油通过单向阀、辅助阀到回转油缸，实现铲刀的回转，使铲刀的回转角度β增大，铲刀等效作业宽度变小，作业阻力减小。

进一步地，当β≤ε2时，变速箱档位不变，辅助阀上的电磁阀B得电，铲刀的回转角度β进一步增大，其中，ε2为铲刀根据工况及物料特性设置的角度的最大数值。

进一步地，当β≥ε1时，铲刀等效作业宽度已调整到最小容许等效宽度，表示当前铲刀前方负载阻力仍较大，控制器控制变速箱档位电磁阀实现降档，档位信息S＝S-1，其中，ε1 为铲刀根据工况及物料特性设置的角度参数值。

进一步地，降档后若当i_s≤i_c2，控制器继续控制变速箱档位电磁阀实现降档，当降到一档时，若i_s≤i_c2，则表示铲刀前方负载仍较大，液力变矩器进入低效区，当i_s≤i_c3时，表示此刻即将出现打滑，指示灯闪烁，仅靠铲刀的回转角度调整不能实现降负载，操作者手动控制铲刀的升降，实现降负载；其中，i_c3为整机打滑时液力变矩器的涡轮转速与液力变矩器泵轮转速的比值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、平整作业施工过程中操作者只需根据平整度要求关注操控左、右铲刀和升降油缸，根据负载大小，优先自动控制铲刀回转，实现铲刀回转角度调整及等效宽度的调整，无需关注铲刀回转、变速箱档位变化(根据负载情况优先通过铲刀回转调整实现负载变化，然后再通过变速箱升降档变化满足负载要求)，减少操作者的关注对象，减少复合操控要求，降低操作者技能水平要求，从而提高作业平整度，降低操作难度，提高作业效率，降低油耗；

2、当铲刀回转不能满足要求时，再自动控制换挡操作，自动换挡根据泵轮转速和涡轮转速信息、档位信息实现在高效区自动换挡，保证液力变矩器在高效区工作，提高效率降低油耗。

附图说明：

图1为本发明中实施例1的液压系统原理图；

图2为本发明中铲刀回转角度的结构示意图；

图3为本发明中控制系统的流程框图；

图4为本发明中实施例2的控制系统流程框图。

图中：1、泵轮转速传感器；2、变速箱档位信息；3、涡轮转速传感器；4、角度传感器；5、控制器；6、电磁阀A；7、变速箱档位电磁阀；8、电磁阀B；9、转向油缸；10、多路阀； 11、压力保护阀；12、回转油缸；13、辅助阀；14、单向阀；15、梭阀；16、转向器；17、优先阀；18、液压泵；19、铲刀。

具体实施方式

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下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种辅助铲刀回转液压系统，包括动力源、优先阀17、多路阀10、回转机构、转向系统和控制系统，所述动力源通过优先阀17分别与多路阀10和转向系统连接，多路阀10与回转机构连接，所述回转机构与优先阀17之间设有辅助阀13，所述辅助阀13的负载反馈压力口LS2通过梭阀15分别与优先阀17的负载口LS1和转向系统连接。

所述辅助阀13与优先阀17的CF口之间设有单向阀14。

如图3所示，所述控制系统包括泵轮转速传感器1、变速箱档位信息2、涡轮转速传感器 3、角度传感器4、控制器5、辅助阀13上的电磁阀A6、变速箱档位电磁阀7和辅助阀13上的电磁阀B8，所述控制器5分别与泵轮转速传感器1、变速箱档位信息2、涡轮转速传感器 3、角度传感器4、电磁阀A6、变速箱档位电磁阀7和电磁阀B8连接。

如图2所示，所述角度传感器4安装在铲刀19的牵引架上，用于检测反馈铲刀19的回转角度β。

所述动力源为液压泵18；所述回转机构为回转油缸12；所述转向系统包括转向油缸9和转向器16，所述转向器16分别与转向油缸9、优先阀17的优先口CF和梭阀15连接；多路阀10与回转油缸12之间设有压力保护阀11。

液压泵18通过优先阀17的优先口CF优先向转向器16、单向阀14、辅助阀13供油。当转向器16、辅助阀13不工作时，通过梭阀15反馈到优先阀17的负载口LS1，因无负载压力，因此液压泵18的压力油通过优先阀17的EF口通向多路阀10。

通过控制多路阀10中的回转片阀工作时，液压油通过压力保护阀11流向回转油缸12，从而实现铲刀19回转角度的调整。

当辅助阀13的电磁阀A 6端得电时，辅助阀13工作在下位，液压油通过优先阀17、单向阀14、辅助阀13的下端、压力保护阀11到回转油缸12，从而实现铲刀19回转角度的调整；同时回转的负载压力通过辅助阀13的负载反馈压力口LS2、梭阀15反馈到优先阀17的反馈负载口LS1，保证流量优先；当电磁阀B 8端得电时，工作原理类似；

当辅助阀13处于工作状态时(下位电磁阀A6得电或上位电磁阀B8得电时)，若同时控制多路阀10动作，通过多路阀10的压力油与辅助阀13的压力油共同作用回转油缸12实现铲刀19回转角度的调整，同时单向阀14防止多路阀10的压力油经辅助阀13产生回流，影响优先阀17。

实施例2：

如图4所示，一种控制方法，包括上述的辅助铲刀回转液压系统，具体步骤包括：

一)、作业初始状态，操作者调整好铲刀19的状态，控制系统读取当前变速箱的档位信息S、变速箱档位速比i_g1和变速箱相邻档位速比i_g2；

二)、根据存贮的液力变矩器特性曲线计算出液力变矩器在高效区工作时某档位的换挡点液力变矩器速比i_c1、相邻档位换挡点液力变矩器速比i_c2；

三)、读取涡轮转速n_t和液力变矩器泵轮转速n_p，计算出涡轮转速n_t与液力变矩器泵轮转速n_p的比值i_s；

四)、判断i_s与i_c1、i_c2的大小关系。

所述步骤二)通过以下步骤计算某档位的换挡点液力变矩器速比i_c1、相邻档位换挡点液力变矩器速比i_c2：

其中，i_c为液力变矩器速比；n_t为涡轮转速，n_p为液力变矩器泵轮转速，n_e为发动机转速，i_g为变速箱档位速比，n_s为变速箱输出轴速比，η为液力变矩器效率；

因为液力变矩器泵轮转速＝发动机转速；

由公式(Ⅰ)得：

对各档效率曲线交汇点即为效率换挡点，此时变速箱输出轴转速、液力变矩器效率相等，由公式(Ⅱ)可知：

其中，η_g1为某档位(低档位)时液力变矩器效率，η_g2为相邻档位(高档位)时液力变矩器效率，i_g1为变速箱档位速比，i_g2为变速箱相邻档位速比；

由公式(Ⅲ)可推出：

由公式(Ⅳ)、公式(Ⅰ)联合得：

其中，i_c1为某档位的换挡点液力变矩器速比，i_c2为相邻档位换挡点液力变矩器速比；

啮合曲线不同时：

由公式(Ⅵ)、公式(Ⅰ)联合得：

基于效率换挡规律引入换挡延迟，避免换挡循环，升档换挡、降挡换挡延迟各为5％。

当i_s≥i_c1时，即表示铲刀19前方物料负载阻力减小，使液力变矩器工作在低效区，辅助阀13上的电磁阀A 6得电，液压油通过单向阀14、辅助阀13、压力保护阀11到回转油缸12，实现铲刀19回转，使铲刀19的回转角度β减小，铲刀19等效作业宽度变大，作业阻力增大；当β≥γ2时，变速箱档位不变，辅助阀13上的电磁阀A 6继续得电，铲刀19的回转角度β进一步减小，当β≤γ1时，铲刀19等效作业宽度已增大到最大等效宽度，表示当前铲刀19前方负载阻力仍较小，控制器5控制变速箱档位电磁阀7实现升档，其中，γ2和γ1为铲刀19根据工况及物料特性设置的角度参数值。

在此过程中变速箱档位变化及铲刀19回转根据负载情况自动辅助回转，操作者只需关注操控左右铲刀19、升降油缸控制即可。

当i_s≤i_c2时，即表示铲刀19前方物料负载阻力增大，使液力变矩器工作在低效区，辅助阀13上的电磁阀B8得电，使液压油通过单向阀14、辅助阀13、压力保护阀11到回转油缸12，实现铲刀19回转，使铲刀19的回转角度β增大，铲刀19等效作业宽度变小，作业阻力减小。

当β≤ε2时，变速箱档位不变，辅助阀13上的电磁阀B8得电，铲刀19的回转角度β进一步增大，其中，ε2为铲刀19根据工况及物料特性设置的角度的最大数值。

当β≥ε1时，铲刀19等效作业宽度已调整到最小容许等效宽度，表示当前铲刀19前方负载阻力仍较大，控制器5控制变速箱档位电磁阀7实现降档，档位信息S＝S-1，其中，ε1为铲刀19根据工况及物料特性设置的角度参数值。

降档后若当i_s≤i_c2，控制器5继续控制变速箱档位电磁阀7实现降档，当降到一档时，若 i_s≤i_c2，则表示铲刀19前方负载仍较大，液力变矩器进入低效区，当i_s≤i_c3时，表示此刻即将出现打滑，指示灯闪烁，仅靠铲刀19的回转角度调整不能实现降负载，操作者手动控制铲刀 19升降，实现降负载；其中，i_c3为整机打滑时液力变矩器的涡轮转速与液力变矩器泵轮转速的比值。其他部分与实施例1相同。

i_c3是整机匹配过程中，当整机打滑时(比如整机在牵引力72KN时，牵引力超出整机地面附着系数决定的牵引力，轮胎出现打滑)，此时液力变矩器的涡轮转速与泵轮转速比值(比如0.35)，这个值是液力传动系统整机匹配计算而来，整机性能要求不一样、液力变矩器不一样，计算的值也是不一样的。

使用实施例1和实施例2后，在平整作业的绝大多数工况，操作者只需根据平整度控制要求操控左、右铲刀19和升降油缸变化保证平整度要求，铲刀19优先回转、变速箱档位变化根据负载情况自动变化，减少操作者的关注对象和操控对象，从而提高平整精度和提高作业效率。